DE69707256T3

DE69707256T3 - DOPPELSIEBFORMER MIT ROLLE UND KLINGE FüR EINE PAPIERMASCHINE

Info

Publication number: DE69707256T3
Application number: DE69707256T
Authority: DE
Inventors: Michael Odell; Lauri Verkasalo
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: KR100423180B1; CA2228259C; EP0853703B1; EP0853703A1; JP3297057B2; JPH11504997A; BR9702313A; ATE206780T1; DE69707256D1; WO1997047803A1; US5798024A; KR19990036353A; DE69707256T2; EP0853703B2; CA2228259A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Steuern der Anisotropie einer Bahn, die bei einem Spaltformer mit Walze und Rakel bzw. Klinge ausgebildet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Bahnbildung mit Walze und Rakel wurde ursprünglich für Zeitungsdruckpapier 1987 als eine Maßnahme zum Erzeugen einer Formationsqualität eingeführt, die derjenigen eines Rakelformers ähnlich ist, jedoch nicht die bei der Anwendung eines Rakelformers auftretenden Probleme einer geringen Retention und eines empfindlichen Betriebs aufweist. Der ursprüngliche Zeitungsdruckformeraufbau ist seit 1987 immer weiter entwickelt worden und dieses Bahnbildungsverfahren ist auch aufgegriffen worden, um sämtlichen anderen Druck- oder Schreibpapiersorten herzustellen.
Die symmetrische Ausrichtung in Z-Richtung der Struktur einer Bahn, die durch Former mit Walze und Rakel hergestellt wird, erlaubt eine sehr viel bessere Steuerung der Rollneigung der Bahn als andere Arten an Formern. Ein durch Walze und Rakel ausgebildetes Papier ist praktisch frei von einem Strukturrollen (Ausrichtungszweiseitigkeit) über einen weiten Bereich eines Strahl-Sieb-Verhältnisses. Diese Eigenschaft rührt von der Symmetrie des Ablaufens und des Scherens über der Bahnbildungswalze her. Former mit Walze und Rakel können daher für die Bahnbildung, Ausrichtung und das Fehlausrichtungswinkelprofil optimiert werden, ohne eine Rollneigung aufzuweisen.
Für die Walzen- und Rakelspaltformer, bei denen ein Bahnbildungsschuh und/oder MB-Rakeleinheit oder MB-Rakeleinheiten bei der Zwillingssiebzone angewendet werden, wird nachstehend die allgemeine Bezeichnung "Walzen- und Rakel"-Former für diese Former angewendet.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Papierbahn oder einer Faserbahn zu schaffen, bei dem durch ein Steuern von bestimmten Bahnbildungsparametern es möglich ist, die Bahn mit einer relativ gleichmäßigen Verteilung einer Faserausrichtung und mit einer guten Formation zu schaffen.
In der Druckschrift US 5 211 814 ist eine plattenförmige Sieblastvorrichtung beschrieben, durch die eine mechanische Last auf das Sieb quer über seine gesamte Breite aufgebracht wird. Aufgrund dieser Last wird ein Druckimpuls auf die zwischen den Sieben gestützte Faserlage oder Bahn aufgebracht. Mittels des Druckimpulses wird das Entwässern der Bahn unterstützt, wird die Formation des Siebes verbessert und/oder die Querprofile der unterschiedlichen Eigenschaften der Bahn gesteuert, wie beispielsweise die Querprofile des Entwässerns, der Füllstoffverteilung, der Bahnbildung und/oder der Retention.
In der Druckschrift US 5 395 484 ist ein Zwillingssiebbahnformer offenbart, bei dem Wasser aus der Bahn über die beiden Siebe abläuft. Nach einer direkt nachdem Bahnbildungsspalt angeordneten gekrümmten Bahnbildungszone ist ein Bahnbildungsschuh vorgesehen, der mit einer mit Rippen versehenen Deckfläche versehen ist und innerhalb von einer der Siebschleifen angeordnet ist. Diesem Bahnbildungsschuh folgt eine Sieblastvorrichtung mit einer Federrakel, die innerhalb der anderen Siebschleife angeordnet ist. Mittels dieser Federrakel wird ein intensiver Druckimpuls bei der Bahn während der Bahnbildung erzeugt. Dieser Sieblastvorrichtung folgen eine Entwässerungseinheit und eine Bahnbildungseinheit, die Bahnbildungsrippen haben und im Inneren von beiden Siebschleifen angeordnet sind. Zumindest entweder die Entwässerungseinheit oder die Bahnbildungseinheit wird mittels eines Druckschlauchaufbaus belastet.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist hauptsächlich durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Die erste Bahnbildungswalze kann einen Walzenmantel mit Perforationen, die von der Außenseite des Walzenmantels zu einer Innenseite des Walzenmantels führen, und eine Einrichtung aufweisen, die eine Saugkammer in dem Inneren in dem Umschlingungswinkelsektor derart definiert, dass die Perforationen mit der Saugkammer in Verbindung stehen können. Der Former zum Ausführen der Erfindung kann zusätzlich einen ersten Bahnbildungsschuh, der in der Zwillingssiebzone nach der ersten Bahnbildungswalze angeordnet ist und ein Ebenrakeldeck und/oder Krümmungsrakeldeck hat, und eine MB-Einheit aufweisen, die in der Zwillingssiebzone nach dem ersten Bahnbildungsschuh angeordnet ist und zumindest ein innerhalb einer Schleife des ersten Siebes angeordnetes Stützelement und zumindest ein in der Schleife des zweiten Siebes in einer gegenüberstehenden Beziehung zu dem in der Schleife des ersten Siebes befindlichen Stützelement (oder den Stützelementen) angeordnetes Ablauf- und Belastungselement hat. Das Stützelement (die Stützelemente) und das Ablauf- und Belastungselement (die Ablauf- und Belastungselemente) weisen Rakeln auf und definieren eine Zwillingssiebrakelzone zwischen ihnen. Ein zweiter Bahnbildungsschuh kann in der Zwillingssiebzone nach der MB-Einheit angeordnet sein und eine zweite Bahnbildungswalze kann in der Zwillingssiebzone nach dem zweiten Bahnbildungsschuh angeordnet sein. Das erste Sieb wird von der Bahn nach oder beim Zusammentreffen mit der zweiten Bahnbildungswalze getrennt, wobei die Bahn dem ersten Sieb folgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Turbulenz in einem Ganzstoffsuspensionsstrahl in einem Auslaufdüsenkanal eines Stoffauflaufkastens erzeugt, wobei der Ganzstoffsuspensionsstrahl von einer Auslaufdüsenöffnung des Auslaufdüsenkanals des Stoffauflaufkastens ausgegeben wird und in einen Bahnbildungsspalt gerichtet wird, der teilweise durch eine erste Bahnbildungswalze definiert ist, die einen Durchmesser hat, der ungefähr 1,4 m oder größer ist. Insbesondere wird der Ganzstoffsuspensionsstrahl zu einer Konvergenz des ersten und des zweiten Siebes gerichtet, die eine Zwillingssiebzone nach dem Bahnbildungsspalt definieren, während die erste Bahnbildungsspalte in einer Schleife des ersten oder zweiten Siebes angeordnet ist. Ein Lauf der Zwillingssiebzone ist nach dem Bahnbildungsspalt zu einer Kurve über einen Umschlingungswinkelsektor der ersten Bahnbildungswalze gerichtet, der eine Größe von weniger als 25° hat, und ein Pulsierdruckeffekt wird an der Bahn nach dem gekrümmten Lauf der Zwillingssiebzone über den Umschlingungswinkel der ersten Bahnbildungswalze erzeugt. Schließlich sind der Durchmesser der ersten Bahnbildungswalze, der Umschlingungswinkelsektor der ersten Bahnbildungswalze, die Größe des Pulsierdruckeffektes und der Turbulenzbetrag bei dem Ganzstoffsuspensionsstrahl relativ zueinander eingestellt, um eine optimale Anisotropie bei der Bahn vorzusehen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 definiert. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist zum Erzeugen des Druckpulsiereffektes ein erstes Bahnbildungselement mit ortsfesten Bahnbildungsrakeln in einer Schleife des ersten Siebes angeordnet und ist ein zweites Bahnbildungselement mit belastbaren Bahnbildungsrakeln in einer, Schleife des zweiten Siebes derart angeordnet, dass die Blätter bei dem zweiten Bahnbildungselement sich mit den Rakeln bei dem ersten Bahnbildungselement in der Laufrichtung der Bahn abwechseln, und ein auf die Rakeln bei den zweiten Bahnbildungselement aufgebrachter Druckimpuls wird eingestellt, um die Belastung der Rakeln bei den zweiten Bahnbildungselement zu ändern, um einen einstellbaren Ablauf- und Bahnbildungseffekt zu erzeugen. Außerdem kann ein Unterdruck durch zwischen den Rakeln bei dem ersten und/oder zweiten Bahnbildungselement definierten Zwischenräumen aufgebracht werden, um das Ablaufen des Wassers durch die Zwischenräume zu verstärken.
Nachstehend ist die Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten dieser Ausführungsbeispiele beschränkt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sollen die Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen und nicht den Umfang der durch die Ansprüche definierten Erfindung einschränken.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Walzen- und Rakelspaltformers zum Ausführen der Erfindung, bei dem die erste Bahnbildungswalze innerhalb der Schleife des oberen Siebes angeordnet ist und die Hauptlaufrichtung der Zwillingssiebzone im Wesentlichen horizontal ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel eines Formers, bei dem die erste Bahnbildungswalze innerhalb der Schleife des unteren Siebes angeordnet ist.
3 zeigt eine schematische Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel des Formers, bei dem die Stütz- und Belastungsrakeln bei der MB-Einheit, die nach der ersten Bahnbildungswalze in der Zwillingssiebzone folgt, an umgekehrten Positionen in Bezug auf das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel angeordnet sind.
4A zeigt eine Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des Anfangsabschnittes der Zwillingssiebzone bei einem Former, wobei das gesamte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Former ähnlich ist, wobei wichtige Elemente und Merkmale des Formers angewendet werden.
4B zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Zwillingssiebzone, die nach der ersten Bahnbildungswalze folgt.
4C zeigt eine 4B ähnliche Darstellung von einem zweiten Ausführungsbeispiel der Zwillingssiebzone.
4D zeigt eine den 4B und 4C ähnliche Darstellung von einem dritten Ausführungsbeispiel der Zwillingssiebzone.
5 zeigt eine schematische Ansicht von einem Ausführungsbeispiel des Walzen- und Rakelspaltformers, bei dem die Hauptrichtung der Zwillingssiebzone vertikal nach oben weist.
6 zeigt eine schematische Ansicht des in 5 gezeigten Vertikalformers, bei dem die Stütz- und Belastungselemente bei der MB-Einheit, die nach der ersten Bahnbildungswalze folgt, an umgekehrten Positionen im Vergleich zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel angeordnet sind.
7 zeigt eine schematische Ansicht von einem Ausführungsbeispiel, bei dem anders als bei den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen die erste Bahnbildungswalze in dem Spaltbereich und die die Zwillingssiebzone beendende zweite obere Walze innerhalb der Schleife des Tragesiebes angeordnet sind.
8 zeigt eine schematische-Ansicht eines Formers, bei dem die Stütz- und Belastungsrakeln bei der MB-Einheit, die der ersten Bahnbildungswalze folgen, an umgekehrten Positionen im Vergleich zu dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel angeordnet sind.
9A zeigt eine schematische Darstellung von dem Aufbau zum Messen des Druckprofiles an der ersten Bahnbildungswalze.
9B zeigt eine grafische Darstellung der Messergebnisse des Druckprofils an der ersten Bahnbildungswalze, wobei der in 9A gezeigte Aufbau genutzt wird.
10 zeigt eine grafische Darstellung der Strahl-Sieb– Geschwindigkeitsunterschiedsprofile und ihre Auswirkungen auf das Lageausrichtungsprofil der Papierbahn.
10A zeigt eine grafische Darstellung der Verteilung der Anisotropie in der Richtung Z von einen Walzen- und Rakelformer mit unterschiedlichen Strahl-Sieb-Verhältnissen für eine Stausituation.
10B zeigt eine grafische Darstellung der Anisotropieverteilung in der Richtung Z von einem Walzen- und Rakelformer mit unterschiedlichen Strahl-Sieb-Verhältnissen für eine Ziehsituation.
11A zeigt eine grafische Darstellung der Steuerung der Faserausrichtung bei der Papierbahn als eine Funktion des Strahl-Sieb-Verhältnisses mit unterschiedlichen Umschlingungswinkelsektoren der Bahnbildungssiebe an der ersten Bahnbildungswalze.
11B zeigt eine grafische Darstellung der Ausrichtungsanisotropie bei der Papierbahn mit unterschiedlichen Umschlingungswinkelsektoren der Bahnbildungssiebe an der ersten Bahnbildungswalze.
12 zeigt die Auswirkungen der Maßgestaltung des Umschlingungswinkelsektors bei dem "Walzen- und Rakel"-Bahnbilden in Zusammenhang mit den 11A und 11B.
13A zeigt eine grafische Darstellung der Steuerung der Faserausrichtung bei der Papierbahn mit unterschiedlichen Stoffauflaufkastenarten.
13B zeigt eine grafische Darstellung der Ausrichtungsanisotropie bei der Papierbahn mit unterschiedlichen Stoffauflaufkastenarten.
14 zeigt die Steuerung der Bahnbildung und der Faserausrichtung bei "Walzen- und Rakel"-Formern.
Die 15A und 15B zeigen grafische Darstellungen der Steuerung der Lageformation der Bahn mittels einer MB-Einheit.
16A zeigt eine schematische Darstellung des Bereichs des Bahnbildungsspaltes eines Formers.
16B zeigt eine grafische Darstellung der Bahnbildung als eine Funktion der Relativmenge der Wasserströmung, die durch die MB-Einheit oder dergleichen entfernt wird, bei dem im 16A gezeigten Former.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die gleichen Bezugszeichen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente beziehen, wird zunächst auf die in den 1 bis 4D gezeigten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die horizontale Versionen des Zwillingssiebformers zum Ausführen der Erfindung sind. Wie dies in den 1 bis 4D gezeigt ist, weist der erfindungsgemäße Former ein unteres Sieb 20 auf, das in einer Schleife durch Führungswalzen geführt wird. Das untere Sieb 20 wird das "Tragesieb" genannt, da die Bahn W diesem Sieb nach der Zwillingssiebzone folgt. Der Former weist außerdem ein oberes Sieb 10 auf, das in einer Schleife durch Walzen 18 und 18a geführt wird. Dieses obere Sieb 10 wird das "Abdecksieb" genannt und zusammen mit dem unteren Sieb 20 definiert es eine Zwillingssiebzone, dessen Hauptlaufrichtung im Wesentlichen bei den in den 1 bis 4D gezeigten Ausführungsbeispiel horizontal ist. In der Zwillingssiebzone findet das Ablaufen des Wassers von der Papierbahn W, die ausgebildet wird, durch beide Siebe 10 und 20 statt. Nach der Zwillingssiebzone folgt die Papierbahn W dem unteren Sieb 20 über eine Saugzone 27a einer Siebsaugwalze 27 zu einer Aufnahmestelle, um weiter zu beispielsweise einer (nicht gezeigten) Pressenpartie zu treten.
Der Former hat einen Stoffauflaufkasten 30 mit einer Auslaufdüsenöffnung 37, von der ein Ganzstoffsuspensionsstrahl J zu einem keilförmigen Bahnbildungsspalt G geführt wird, der durch eine Konvergenz oder ein Zusammenlaufen der Siebe 10 und 20 definiert ist. Der Stoffauflaufkasten 30, der schematisch gezeigt ist, kann in der Strömungsrichtung der Ganzstoffsuspension einen Einlassstoffauflauf 31, eine erste Gruppe an Röhren wie beispielsweise eine Verteilersammelleitung 32, eine Ausgleichskammer 33, eine zweite Gruppe an Röhren wie beispielsweise ein Satz an Turbulenzröhren 34 und einen sich verengenden Auslaufdüsenkanal 35 aufweisen, aus dessen Auslaufdüsenöffnung 37 der Ganzstoffsuspensionsstrahl J in den Bahnbildungsspalt G ausgegeben wird. Es ist ein bedeutendes Merkmal des Formers, dass der verwendete Stoffauflaufkasten 30 ausdrücklich ein sog. Stoffauflaufkasten mit Flügeln ist, d. h. in dem Auslaufdüsenkanal 35 sind eine Reihe an Turbulenzflügeln oder Turbulenzerzeugungsflügeln 36 vorhanden, die übereinander angeordnet sind. Die Turbulenzflügel 36 können in der Form von dünnen flexiblen Platten sein und sind an einem Ende in der Nähe des Satzes der Turbulenzröhren 34 oder Platten so befestigt, dass sie frei aufschwimmen bzw. treiben, und sind in der Ganzstoffsuspensionsströmung an ihrem entgegengesetzten Ende in der Nähe der Auslaufdüsenöffnung 37 positioniert. Mittels der Turbulenzflügel 36 wird eine besonders hohe Größe an einer Mirkoturbulenz und ein hochenergetischer Turbulenzzustand bei der aus der Auslaufdüsenöffnung 37 ausgegebenen Ganzstoffsuspensionsstrahl J, was synergetische Effekte mit anderen spezifischen Merkmalen der Erfindung hat, was nachstehend beschrieben ist.
Bei dem in 1 gezeigten horizontalen Formeraufbau ist der Bahnbildungsspalt G von oben durch die erste Bahnbildungswalze 11 definiert, die innerhalb der Schleife des oberen Siebes 10 angeordnet ist und die mit einer Saugzone 11a versehen ist. Die erste Bahnbildungswalze 11 ist im Inneren der Schleife des oberen Siebes 10 in 1 angeordnet, wohingegen in den 2 und 3 die entsprechende Bahnbildungswalze 21, die mit einer ähnlichen Saugzone 21a versehen ist, im Inneren der Schleife des unteren Siebes 20 angeordnet ist. Die in den 2 und 3 gezeigten Former unterscheiden sich von dem in 1 gezeigten Former außerdem in der Hinsicht, dass bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen der Lauf der Zwillingssiebzone unmittelbar nach der ersten Bahnbildungswalze 21 horizontal ist, wohingegen in 1 die Zwillingssiebzone unter einem Winkel von ungefähr 20° nach oben ansteigt. An der Bahnbildungswalze 11 ist der Lauf der Zwillingssiebzone an einem Umschlingungswinkelsektor a in den 1 und 4A in einer nach oben weisenden Richtung und in den 2 und 3 in einer nach unten weisenden Richtung gekrümmt (in Abhängigkeit von dem Ort der Bahnbildungswalze 11, 21).
Nach dem Umschlingungswinkelsektor a folgt in den 1 und 4A ein nach oben gerichteter geneigter Lauf der Zwillingssiebzone, in der im Inneren der Schleife des unteren Siebes 20 zunächst ein mit einem Krümmungsrakeldeck 22a versehener Bahnbildungsschuh 22 und danach eine MB-Einheit 50 vorgesehen sind. Die MB-Einheit 50 weist Ablaufelemente 13a und 23a auf, die in einer gegenüberstehenden Beziehung angeordnet sind, wobei die Zwillingssiebzone zwischen ihnen verläuft. Das Ablaufelement 13a hat befestigte Stützrakeln oder Rippen und das Ablaufelement 23a hat bewegliche Stützrakeln oder Rippen, die zu den befestigten Stützrakeln durch Lasteinrichtungen wirksam belastet werden, um das Entwässern der Bahn zu bewirken. Andere Aspekte der MB-Einheit 50 sind nachstehend erörtert. Der MB-Einheit 50 folgt im Inneren der Schleife des unteren Siebes 20 ein zweiter Bahnbildungsschuh 24, der mit einem Krümmungsrakeldeck 24a versehen ist. Der Krümmungsradius R₁ des ersten Bahnbildungsschuhs 22 ist typischerweise von ungefähr 2 m bis ungefähr 8 m ausgewählt und der Krümmungsradius R₂ des zweiten Bahnbildungsschuhs 24 ist ebenfalls typischerweise von ungefähr 2 m bis ungefähr 8 m ausgewählt.
Wie dies in den 1, 2, 3, 4A und 4B gezeigt ist, ist die Hauptrichtung des Laufs an einer einstellbar belastbaren MB-Rakelzone, die zwischen dem ersten und zweiten Bahnbildungsschuh 22 und 24 definiert ist und in der die Elemente in der MB-Einheit an einem benachbarten Sieb wirken, im Wesentlichen linear. In 4C ist die Hauptrichtung des Laufs der MB-Rakelzone zwischen dem ersten und dem zweiten Bahnbildungsschuh 22 und 24 mit einem Krümmungsradius R_a nach unten gekrümmt und in 4D ist sie mit einem Krümmungsradius R_b nach oben gekrümmt. Gemäß den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen folgt nach dem zweiten Bahnbildungsschuh 24 eine innerhalb der Schleife des untern Siebes 20 angeordnete zweite Bahnbildungswalze 25, in deren Bereich die Zwillingssiebzone nach unten an dem Sektor b gekrümmt ist. Die Größe des Sektors b ist typischerweise in dem Bereich von ungefähr 10° bis ungefähr 40° gewählt. Die zweite Bahnbildungswalze 25 ist eine Walze, die vorzugsweise mit einem massiven glatten Mantel versehen ist und einen Durchmesser D₂ hat, der typischerweise im Bereich von ungefähr 0,8 m bis 1,5 m in Abhängigkeit von der Maschinenbreite gewählt wird. Wie dies in den 1 bis 3 gezeigt ist, sind an dem nach unten geneigten Lauf der Zwillingssiebzone nach der zweiten Bahnbildungswalze 25 ebene Saugkästen 26 vorhanden, nach denen das obere Sieb 10 von dem unteren Sieb 20 um die Führungswalze 18a herum getrennt wird, woraufhin die Bahn W dem unteren Sieb 20 zu der Aufnahmestelle folgt.
Die in den 2 und 3 dargestellten Former sind größtenteils zueinander ähnlich mit der Ausnahme, der Relativpositionierung von Ablaufelementen 13a, 13b und 23a, 23b in der MB-Einheit 50. In 2 ist das Ablaufelement 13b der MB-Einheit innerhalb der Schleife des oberen Siebes 10 angeordnet und weist ortsfeste Stützrakeln 13L auf, die die Zwillingssiebzone führen und die am deutlichsten in den 4B, 4C und 4D gezeigt sind. In 2 ist das Ablaufelement 23b der MB-Einheit 50 innerhalb der Schleife des unteren Siebes 20 angeordnet und weist flexible Belastungsrakeln 23L auf, die durch eine (nicht gezeigte) Belastungseinrichtung mit einer einstellbaren Kraft F belastbar sind und die am Deutlichsten in den 4B, 4C und 4D gezeigt sind. Die Belastungskräfte F der Belastungsrakeln 23L werden in einer an sich bekannten Weise erzeugt, indem ein Medium mit einem einstellbaren Druck wie beispielsweise Luft oder Wasser in (nicht gezeigter) Lastschläuche tritt, die die Belastungsrakeln 23L gegen die Siebe 10 und 20 und gegen die ortsfesten Stützrakeln 13L belasten. Die ortsfesten Stützrakeln 13L sind in einer abwechselnden Beziehung in Bezug auf die flexiblen Belastungsrakeln 23L angeordnet, wie dies in den 4B, 4C und 4D gezeigt ist. In 3 sind die entsprechenden Ablaufelemente 13a und 23a der MB-Einheit an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die entsprechenden in 2 gezeigten Elemente 13b und 23b entgegengesetzt sind. In den 2 und 3 befindet sich vor der MB-Einheit 50 eine Ablaufeinheit 12, wie beispielsweise eine Saugablenkeinheit, wie mit einer Ablenkrakel oder mit einem Satz an Ablenkrakeln 12a versehen ist, wobei diese Einheit an sich bekannt ist. In den 2 und 3 folgt der MB-Einheit 50 in der Zwillingssiebzone ein flacher Saugkasten 24, indem ein ortsfester Satz an Deckrakeln 24a vorhanden ist, die in einer Ebene angeordnet sind, um einen geradlinigen Lauf der Zwillingssiebzone vorzusehen, oder gekrümmt sind, um einen gekrümmten Lauf der Zwillingssiebzone vorzusehen.
4A zeigt eine MB-Einheit, bei der das innerhalb der Schleife des oberen Siebes 10 angeordnete Element 13b schematisch dargestellte Positionseinstelleinrichtungen wie beispielsweise Positionseinstellsteuerungen 13K aufweist, die in Bezug auf den vorderen und hinteren Rand des Elementes 13b angeordnet sind. und durch die die Position und die Belastung des Elementes 13b in Bezug auf die Belastungsrakeln 23L (siehe die 4C und 4D) des innerhalb der Schleife des unteren Siebes 20 angeordneten Elementes 23b eingestellt werden können.
Gemäß 4B ist in dem Bereich der Sätze der Rakeln, die die Zwillingssiebzone in der MB-Einheit 50 führen und belasten, der Lauf der Zwillingssiebzone DWL geradlinig und nach oben geneigt. In der MB-Einheit 50 sind die innerhalb der Schleife des oberen Siebes 10 angeordneten Rakeln 13L ortsfeste Stützrakeln und die innerhalb der Schleife des unteren Siebes 20 angeordneten Rakeln 23L sind flexible Rakeln, die mit einstellbaren Kräften F belastet werden können, die mittels eines Druckmediums erzeugt werden. Durch die Rakeln 13L und 23L kann in der Zwillingssiebzone DWL der Druckimpuls des Satzes der Rakeln und der Formationseffekt und der Ablaufeffekt eingestellt werden. Sofern dies erforderlich ist, kann die Umgebung der Elemente 13b und 23b (siehe 4A) mit Unterdruckquellen verbunden werden, die das Ablaufen des Wassers durch die Spalträume zwischen den Sätzen an Blätter 13L und 23L intensivieren.
Der Aufbau des Satzes an Blättern in der MB-Einheit 50, der in 4C gezeigt ist, ist größtenteils dem in 4B gezeigten Aufbau ähnlich mit der Ausnahme, dass in dem Bereich des Satzes der Blätter 13L und 23L der Lauf der Zwillingssiebzone DWR nach unten gekrümmt ist, während der Mittelpunkt des Krümmungsradius R_a an der Seite der Schleife des unteren Siebes 20 angeordnet ist. Der Lauf der in 4D gezeigten Zwillingssiebzone DWR ist in anderer Hinsicht dem in 4C gezeigten Lauf mit der Ausnahme ähnlich, dass der Mittelpunkt des Krümmungsradius R_b der Zwillingssiebzone DWR an der Seite der Schleife des oberen Siebes 10 angeordnet ist.
4A zeigt einen Former, bei dem die einmalige Kombination von vier speziellen charakteristischen Merkmalen zum Ausführen der Erfindung umfasst ist, wobei die speziellen Merkmale eine miteinander kombinierte Wirkung und einen Synergieeffekt haben, wie dies vorstehend beschrieben ist und wie dies nachstehend detailliert insbesondere unter Bezugnahme auf die 9A–16 beschrieben ist. Wie dies vorstehend dargelegt ist, ist das erste spezifische Merkmal der vorliegenden Erfindung das Anwenden der Turbulenzflügel 36 in dem Auslaufdüsenkanal 35 des Stoffauflaufkastens 30, um zu bewirken, dass die Turbulenzhöhe bei dem aus der Auslaufdüsenöffnung 37 ausgegebenen Ganzstoffsuspensionsstrahl J erhöht wird und ausreichend hoch wird, d. h. oberhalb einer Situation, bei der die Turbulenzflügel 36 nicht bei einem herkömmlichen Stoffauflaufkasten angewendet werden. Es ist ein zweites spezifisches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Größe des Umschlingungswinkels a an der ersten Bahnbildungswalze 11, 21, die direkt nach dem Bahnbildungsspalt G folgt, so eingestellt worden ist, dass er ungefähr 25° oder weniger beträgt, wobei vorzugsweise a lediglich eine Größe zwischen ungefähr 10° bis ungefähr 20° hat. Es ist ein drittes spezifisches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass der Durchmesser D₁ der ersten Bahnbildungswalze 11, 21 so dimensioniert ist, dass er größer oder gleich ungefähr 1,4 m beträgt, wobei vorzugsweise D₁ von ungefähr 1,5 m bis ungefähr 1,8 m beträgt. Ein viertes spezifisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die derartige Anwendung der MB-Einheit 50, dass die Zwillingssiebzone durch den Spalt zwischen den Sätzen an Blättern 13L, 23L läuft, von denen einer durch einstellbare Kräfte F gegen den anderen belastet wird, wobei dies entweder entlang einer geradlinigen Bahn (siehe 4B), entlang einer nach unten gekrümmten Bahn (siehe 4C) oder entlang einer nach oben gekrümmten Bahn (siehe 4D) geschieht.
Die 5 bis 8 zeigen vertikale Versionen des Zwillingssiebformers, wobei der Lauf der Zwillingssiebzone vertikal ist und von dem Boden zu dem oberen Abschnitt voranschreitet, d. h. der Bahnbildungsspalt ist an einer untersten vertikalen Position definiert.
Bei den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die erste Bahnbildungswalze 11 innerhalb der Schleife des Abdecksiebes 10 angeordnet und ist die zweite obere Bahnbildungswalze 29 innerhalb der Schleife des Tragsiebs 20 angeordnet. Eine Saugzone 29a von der zweiten Bahnbildungswalze 29, die in der Schleife des Tragsiebs 20 angeordnet ist, garantiert, dass nach der Saugzone 29a die Bahn W dem Tragsieb 20 folgt, das durch Führungswalzen 28 geführt wird und an dem die Bahn W zu einer Aufnahmewalze 41 tritt. An einer Saugzone 41a der Aufnahmewalze 41 wird die Bahn W zu einem Aufnahmegewebe 40 übertragen, das die Bahn W in die (nicht gezeigte) Pressenpartie befördert. Bei sämtlichen in den 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die gegenüber der ersten Bahnbildungswalze 11, 21 in dem Bereich des Bahnbildungsspaltes G angeordnete Siebführungswalze mit dem Bezugszeichen 21' bzw. 11' bezeichnet.
Wie dies in den 5 bis 8 gezeigt ist, folgt der ersten Bahnbildungswalze 11, 21 ein erster Bahnbildungsschuh 22, der ein Rakeldeck 22a mit einem Krümmungsradius R₁ hat. Dem ersten Bahnbildungsschuh 22 folgt die MB-Einheit 50 und nach der MB-Einheit ist ein zweiter Bahnbildungsschuh 24 vorhanden, der mit einem Krümmungsrakeldeck 24a versehen ist. Nach dem zweiten Bahnbildungsschuh 24 kommt eine zweite Bahnbildungswalze 29. Die 5 und 6 unterscheiden sich von einander im Hinblick darauf, dass in 5 das Belastungselement 13a der MB-Einheit 50 innerhalb der Schleife des Abdecksiebs angeordnet ist und das Stützelement 23a innerhalb der Schleife des Tragesiebs 20 angeordnet ist, wohingegen in 6 die entsprechenden Elemente 13b bzw. 23b innerhalb der anderen Siebschleifen 20 angeordnet sind.
Die 7 und 8 zeigen vertikale Versionen des Formers, die sich von den Darstellungen der 5 und 6 in der Hinsicht unterscheiden, dass sowohl die erste Bahnbildungswalze 21 als auch die zweite Bahnbildungswalze 29 innerhalb der Schleife des Tragsiebes 20 übereinander angeordnet sind.
Der Durchmesser D₂₁ der in den 5–8 gezeigten zweiten Bahnbildungssaugwalzen 29 ist üblicherweise in dem Bereich von ungefähr 1,0 m bis ungefähr 1,8 m gewählt, wobei ein Bereich von ungefähr 1,4 m bis ungefähr 1,6 m bevorzugt wird.
Die 7 und 8 unterscheiden sich von einander ausschließlich in der Hinsicht der Relativposition der Elemente 13a/13b und 23a/23b in der MB-Einheit 50 in einer ähnlichen Weise wie sich das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel von dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind eine Reihe von den in den 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispielen sich unterscheidende Varianten unter der Voraussetzung möglich, dass die vier erwähnten spezifischen Merkmale der vorliegenden Erfindung als Kombination angewendet werden. Beispielsweise kann anders als bei den in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen insbesondere beim Aufbauen eines Formers zum Herstellen von dünneren Papiersorten die Papierbahn W direkt von dem Umschlingungssektor a der ersten Bahnbildungswalze 11, 21 zu der MB-Einheit 50 treten, ohne einen ersten Bahnbildungsschuh 12, 22 anzuwenden, der mit einem Krümmungsrakeldeck versehen ist oder ohne eine gleichwertige Ablaufeinheit 12 anzuwenden, die mit einem Ebenrakeldeck 12a versehen ist, das sich dazwischen befindet (siehe die 2 und 3).
Die wechselseitigen Synergieeffekte der vorstehend erwähnten vier spezifischen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die 9A–16 beschrieben.
9A zeigt einen Bereich des Bahnbildungsspalts bei einem Former in detaillierter Weise und die Montage eines an der Oberfläche montierten Druckwandlers 1 und eines zwischen den Sieben angeordneten Druckwandlers 2.
9B zeigt, dass das Ablaufmuster durch die Bahnbildungszone an der ersten Bahnbildungswalze 11 tatsächlich drei verschiedene Phasen hat. Anfänglich tritt eine große Menge an Wasser durch das äußere Gewebe 20 (dass das Abdecksieb oder das Tragsieb in Abhängigkeit von dem Aufbau sein kann) in einer geraden Linie von der Auftreffstelle IP des Strahls gegen das Gewebe 20 (die Anfangszone). Die Dicke des Strahls J nimmt an dieser Stelle als Ergebnis seiner Verzögerung beim Eintreten in die zwischen den Geweben und 20 erzeugten Druckzone geringfügig zu. Bei der anfänglichen Abgabe hat lediglich das bloße Gewebe 20 einen Ablaufwiderstand. Diese anfängliche Abgabe muss eine Fasermatte mit einem beträchtlichen Widerstand aufbauen, der dann das Ablaufen über den Rest der konstanten Druckbildungszone steuert. Messungen haben bestätigt, dass die Größe des Ablaufdrucks P in der konstanten Druckzone durch die Formel P = T/R angenähert wird, wobei T die Spannung des Außengewebes 20 ist und R = ½ D ist (der Radius der Walze 11). Die Spannung des äußeren Gewebes 20, das ein Sieb sein kann, da dieser Ausdruck vorstehend verwendet ist, beträgt im Allgemeinen zwischen ungefähr 4 kN/m und ungefähr 10 kN/m. Die Art des Ablaufmusters der Walzenseite ist nicht ersichtlich, obwohl es wahrscheinlich ist, dass es in etwa ein Zweistufenmuster ist. Die Oberflächenlagen haben eine hohe Konsistenz, wobei der flüssigere Mittelkern annähernd die Stoffauflaufkastenkonsistenz hat.
Es erfolgten Druckprofilmessungen der Bahnbildungswalze 11, die an einem Walzen-Rakelformer mit verschiedenen Bahnbildungswalzwinkeln ausgeführt wurden. Ein Ergebnis dieser Untersuchung ist im Prinzip in 9B gezeigt. Die Messungen sind durch zwei verschiedene Messverfahren ausgeführt worden und beide zeigen deutlich das Vorhandensein einer Unterdruckzone 11a an dem Ausgangsspalt (Stelle C in der Zeichnung). Darüber hinaus nimmt die Unterdruckimpulshöhe zu, wenn der Umschlingungswinkel a abnimmt (Vergleich der Linien bei der Unterdruckzone in 9B).
Durch ein Einstellen des Umschlingungswinkels a an der Bahnbildungswalze ist es möglich, ein gewisses Maß einer Steuerung der Mittenlagenanisotropie zu erzielen, wie dies in 11B gezeigt ist. In der Praxis wurde herausgefunden, dass ein Verändern des Umschlingungswinkels a keinen großen Einfluss auf die gesamte Blattausrichtung bei einem Ziehen hat (d. h. wenn die Geschwindigkeit des Suspensionsstrahls geringer als die Geschwindigkeit der Siebe ist). Bei einem Stauen jedoch (wenn die Geschwindigkeit des Suspensionsstrahls größer als die Geschwindigkeit der Siebe ist) ist dieser Effekt sehr bedeutungsvoll, wie dies in 11A gezeigt ist. Bei dem Strahl-Sieb-Verhältnis für eine optimale Bahnbildung ist die Blattdurchschnittshöhe oder -ausrichtung von dem Umschlingungswinkel abhängig. In Bezug auf die Parameter von "hohen", "mittleren" und "niedrigeren" Umschlingungswinkeln ist es schwierig, exakte Abmessungen des selben vorzusehen, da diese Ausdrücke üblicherweise auf der Grundlage des erzeugten Effektes definiert sind, der von der Anlage abhängig ist, bei der die mit einem derartigen Umschlingungswinkel versehene Walze angewendet wird. Jedoch beträgt lediglich als Grobabschätzung dieser Ausdrücke beispielsweise bei einer speziellen Art eines Formers mit einem Umschlingungswinkel ein "hoher" Umschlingungswinkel zwischen 45 und 60°, ein "mittlerer" Umschlingungswinkel zwischen 25 und 45° und ein "niedriger" Umschlingungswinkel zwischen 0 und 25° und vorzugsweise 5 bis 25°.
Der Umschlingungswinkel a kann jedoch nicht nur in Bezug auf die Ausrichtungsgröße gewählt werden. Das Dimensionierkriterium zum Erzielen einer günstigen Steuerung des Gleichgewichts der Bahnbildung und Retention ist, den Umschlingungswinkel a der Bahnbildungswalze 11, 21 so einzustellen, dass ungefähr 70% der Stoffauflaufkastenströmungsrate abläuft. Wie dies aus 12 ersichtlich ist, führt dies zu der Situation, dass bei holzhaltigen Sorten von Zeitungsdruckpapier und bei SC-Sorten höhere Umschlingungswinkel als bei holzfreien Sorten dimensioniert werden. Es ist möglich, diesen zufälligen Synergieeffekt auszunutzen, da holzhaltige Sorten idealerweise mit höheren Ausrichthöhen gestaltet werden und daher einen höheren Umschlingungswinkel haben sollten. Umgekehrt erfordern holzfreie Sorten normalerweise eine niedrigere Ausrichthöhe und sollten einen niedrigeren Umschlingungswinkel haben.
In Bezug auf die Papierstrukturbetrachtungen gibt es zwei Arten an Stoffauflaufkästen, die in Verbindung mit einem Walzen- und Rakelformer verwendet werden können. Die in Standardart hat einen Röhrenturbulenzgenerator oder ein Röhrenbündelturbulenzsystem und einen offenen konvergierenden Düsenabschnitt. Der Stoffauflaufkasten 30 mit hoher Turbulenz nutzt das gleiche Röhrenbündelsystem 34, hat aber zusätzlich Turbulenzflügel 36, die an den Auslässen der Turbulenzröhren in dem Röhrenbündelsystem 34 angebracht sind, die sich zu dem Bereich der Düse oder der Auslaufdüsenöffnung 37 erstrecken. Die Anwendung von Turbulenzflügeln 36 zum Erhöhen der Turbulenz ist im Stand der Technik gut bekannt. Die Länge der Turbulenzflügel 36 ist aber nur ein Parameter, der eine Einstellung der durch den Stoffauflaufkasten erzeugten Turbulenz ermöglicht.
Der ursprüngliche Zweck der Anwendung von Turbulenzflügeln 36 bei Stoffauflaufkästen war das Steuern der Turbulenz und somit der Bahnbildung bei Spaltformern der Fourdrinierart und der Rakelart. Jedoch hat in Verbindung mit einem Walzen- und Rakelformer, der andere Verbesserungen erfahren hat, die Anwendung der Turbulenzflügel 36 eine andere Rolle eingenommen, die bei der ursprünglichen Entwicklung nicht berücksichtigt wurde. Insbesondere ist es bei einem Walzen- und Rakelformer möglich, die Ausrichtung (Anisotropie) in der Richtung Z in Abhängigkeit von der Strahlturbulenzhöhe des Stoffauflaufkastens 30 zu beeinflussen. In der Praxis bedeutet dies, dass Stoffauflaufkästen 30 mit hoher Turbulenz nur in Verbindung mit Walzen- und Rakelformern verwendet werden können, wenn eine niedrige Ausrichtungshöhe erforderlich ist, wie beispielsweise bei Kopierpapierarten. Die meisten holzhaltigen Sorten haben ein hohes Ausrichtungsmaß und in diesem Fall hat der Standardstoffauflaufkasten eine bessere Leistung insbesondere in Bezug auf die Reinigung und die Wartung.
Das Strahl-Sieb-Verhältnis ist die maßgeblichste Einstellung beim Steuern der Lageausrichtstruktur. Die 10A und 10B zeigen Ergebnisse von einem Walzen- und Rakelformer für verschiedene Strahl-Sieb-Verhältnisse. Bei diesem Beispiel trat die minimale Anisotropie bei einem Strahl-Sieb-Verhältnis von 1,02 auf, wohingegen diese bei 1,0 bei einem Hybridformer von Fourdrinier auftreten würde. Diese überschüssige Strahlgeschwindigkeit von 2% ist erforderlich, so dass die Strahlgeschwindigkeit der Siebgeschwindigkeit gleich wird, nachdem der Strahl J beim Eintreten in die Druckzone zwischen den Sieben 10 und 20 verlangsamt worden ist. An der Achse X ist die Entfernung in der Richtung Z der Bahn von der Bodenseite zu der Oberseite gemessen in Flächengewicht abgetragen, d. h. es handelt sich um den wahren Dickenabstand in dem Fall, bei dem die Bahndichte über die Bahndicke gleichmäßig ist. An der Achse Y ist der Wert der Anisotropie abgetragen, d. h. die Menge eines zusätzlichen Prozentsatzes an Fasern in der Hauptausrichtungsrichtung der Fasern gegenüber der Menge an Fasern in einer senkrecht dazustehenden Richtung. Wenn beispielsweise die Anisotropie einen Wert von 0,3 hat, sind 30% mehr Fasern in der Hauptfaserrichtung als in der senkrecht stehenden Richtung ausgerichtet. Es ist zu beachten, dass die Achsenbezeichnungen sich nicht nur auf die unterste Darstellung in 10 sondern gleichfalls auf die 11B, 13B, 14 (unterste Darstellung), 15A, 15B und 16B beziehen.
Wie dies in den 10A und 10B gezeigt ist, nimmt die Höhe der durchschnittlichen Anisotropie zu, wenn das Strahl-Sieb-Verhältnis ausgehend von einem Strahl-Sieb-Verhältnis von 1,02 entweder verringert (bei einem Ziehen) oder erhöht (bei einem Stauen) wird. Die Anisotropieprofilform in Richtung Z bei einem Ziehen ist in den meisten Fällen eine einfache Kurve mit einer minimalen Anisotropie an den Oberflächen und einer maximalen Anisotropie in der Mitte des Blattes. Bei einem Stauen jedoch hat das Lagenanisotropieprofil eine lokale minimale Anisotropie in der Mitte und auch an den Rändern, wobei die maximale Anisotropie an dem oberen mittleren Abschnitt und dem mittleren Abschnitt auftritt.
Eine Ursache dieser unterschiedlichen Form zwischen den Zuständen bei einem Stauen und bei einem Ziehen ist schematisch in 10 gezeigt. Die Geschwindigkeitsunterschiede des Strahls gegenüber dem Sieb in der Richtung Z sind über die Bahnbildungszone in sowohl der Situation eines Stauens als auch in der Situation eines Ziehens gezeigt. Die Stelle C in 10 ist die Stelle, an der die beiden Gewebe 10 und 20 die Bahnbildungswalze 11 verlassen. Es wird angenommen, dass die beiden Gewebe 10 und 20 nicht in einer parallelen Linie weg laufen, sondern dass das Gewebe 10 an der Seite der Walze 11 an der Walze 11 anhaftet, bevor es diese aufgrund des Vorhandenseins einer Unterdruckzone 11a an dem Auslassspalt verlässt. Dies würde eine Geschwindigkeitsveränderung an dem Flüssigkeitsmittelkern an der Stelle C bewirken, wie dies in 10 gezeigt ist. Bei einem Stauen wird die Geschwindigkeit des Flüssigkeitskerns verringert, so dass ein Ablaufen an dieser Stelle und über den Bahnbildungsschuh 22 bei einem niedrigeren Strahl-Sieb-Verhältnis (ein geringeres Stauen) als über die Bahnbildungswalze stattfindet. Somit zeigt die Mitte des Blattes eine minimale Anisotropie in dem mittleren Bereich. In ähnlicher Weise senkt die Expansion des Flüssigkeitskerns an der Stelle C das Strahl-Sieb-Verhältnis der mittleren Lage weiter (höheres Ziehen), so dass die mittlere Lage einen Bereich mit einer höheren Anisotropie hat.
Eine andere Ursache für die unterschiedliche Form zwischen den Zuständen eines Stauens und eines Ziehens ist die Verzögerung des Suspensionsstrahls, wenn dieser die Druckzone in dem Bahnbildungsspalt eindringt, wobei die Verzögerung zunehmend durch die Bahnbildungszone gleichzeitig mit der Bahnbildung der Bahn an den Sieben auftritt. Anders ausgedrückt wird im Falle eines Stauens die mittlere Lage der Bahn bei einem niedrigeren effektiven Strahl-Sieb-Verhältnis als die Oberflächenlage der Bahn ausgebildet und ein örtliches Ausrichtungsminimum wird in der Nähe der Mitte der Bahn (in der Richtung Z) erzeugt. Umgekehrt wird bei einem Ziehen das effektive Scheren der mittleren Lage durch die Verzögerung des Suspensionsstrahls erhöht und ein örtliches Maximum wird erzeugt. Daher haben bei der Stausituation bei der Stelle A die Ränder der Bahn Z eine geringere Geschwindigkeit in Hinblick auf den Widerstand der Siebe 10 und 20. An der Stelle B wird, nachdem die Randbereiche der Bahn bis zu einem gewissen Maße ausgebildet worden sind, die Geschwindigkeit der Bahn, die an der mittleren Lage der Bahn größer als die Geschwindigkeit der Siebe ist, ziemlich beibehalten. An der Stelle C nimmt die Geschwindigkeit der mittleren Lage der Bahn ab, wenn der Umschlingungswinkelsektor endet und die auf die Bahn ausgeübte Kraft abnimmt. Bei einem Ziehen haben an der Stelle A die Ränder der Bahn in der Richtung Z eine sogar niedrigere Geschwindigkeit als die Ränder der Bahn in Bezug auf die Geschwindigkeit der Siebe 10 und 20 in Hinblick auf den Widerstand der Siebe 10 und 20. An der Stelle B wird, nachdem die Randbereiche der Bahn bis zu einem gewissen Maße ausgebildet worden sind, die niedrigere Geschwindigkeit der Bahn in Bezug auf die Siebe an der mittleren Lage der Bahn ziemlich beibehalten. An der Stelle C, an der Umschlingungswinkelsektor endet und die auf die Bahn ausgeübte Kraft abnimmt, wird die Geschwindigkeit der mittleren Lage der Bahn in Bezug auf die Geschwindigkeit der Siebe 10 und 20 sogar noch weiter verringert.
Die beiden vorstehend erwähnten Ursachen sind darin ähnlich, dass eine Geschwindigkeitsverringerung bei dem Flüssigkeitsmittelkern auftritt. Durch Versuche wurde herausgefunden, dass die Größe der Mittenlagenausrichtungsveränderung von sowohl dem Umschlingungswinkel als auch der Spannung der Siebe abhängig ist. Bei einem Stauen ist das örtliche Minimum der mittleren Lage bei niedrigeren Umschlingungswinkeln und niedriger Siebspannung tiefer. Wenn die Ursache der Strahlverzögerung lediglich der Mechanismus wäre, könnte erwartet werden, dass das örtliche Minimum der mittleren Lage bei einem höheren Umschlingungswinkel und insbesondere bei einer höheren Siebspannung tiefer werden würde.
13B zeigt, dass sowohl bei der Bedingung eines Stauens als auch eines Ziehens die Oberfläche des Blattes eine eher niedrigere Anisotropie selbst bei einem hohen Scheren haben (Extremstauen oder Extremziehen). Wenn lediglich das Scheren berücksichtigt werden würde, sollten die Oberflächenlagen sehr hochgradig ausgerichtet sein. In der Praxis beeinflussen sowohl die Abflussrate als auch die ursprüngliche Turbulenz bei dem Stoffauflaufkastenstrahl die Höhe oder Ausrichtung der Blattoberflächenlagen.
Es ist möglich, die Turbulenzhöhe des Stoffauflaufkastenstrahls zu manipulieren und dadurch das Profil der Anisotropie in der Richtung Z zu beeinflussen. Bei einem Stoffauflaufkasten ohne Flügel hängt die Höhe der Turbulenz von der Strömungsrate ab und ist nicht unabhängig einstellbar. Jedoch kann bei einem erfindungsgemäß angewendeten mit Flügeln 36 besetzten Stoffauflaufkasten 30 die Länge der Flügel 36 verändert werden oder ein anderes Kriterium des Stoffauflaufkastens wird eingestellt, um unterschiedliche Turbulenzbeträge vorzusehen. Die sich daraus ergebenden Effekte in Bezug auf die Ausrichtung sind, gemessen durch das Spannungsverhältnis in der Maschinenrichtung/Maschinenquerrichtung, in 13A gezeigt, wobei eine mittlere Turbulenz beispielsweise kürzere Flügel 36 bedeutet und eine höhere Turbulenz beispielsweise längere Flügel 36 bedeutet, d. h. es gibt eine direkte Beziehung zwischen der Länge der Flügel und dem Betrag der dadurch erzeugten Turbulenz. Die anfängliche Turbulenzhöhe beeinflusst die Höhe der Anisotropie über ungefähr 20% der Blattdicke von den Oberflächen (insgesamt 40%) siehe 13B. Die Turbulenz wird wahrscheinlich abgeebbt sein, bevor die Mitte des Blattes entwässert wird.
Selbst obwohl diese Effekte hauptsächlich in der Nähe der Oberfläche auftreten, ist der Einfluss der Höhe der Turbulenz des Stoffauflaufkastenstrahls auf die gesamte Blattausrichtungshöhe sehr schwerwiegend, wie dies in 13A gezeigt ist. Das MD-CD Spannungsverhältnis kann in der Praxis von annähernd "quadratisch" bei 1,5:1 bis hochgradig ausgerichtet bei über 4:1 gehandhabt werden. Dies ist ein breiterer Bereich als der bei der Papierherstellpraxis normalerweise üblich ist. Lediglich Sorten, die eine geringe Ausrichtungshöhe erfordern, benötigen bei Walzen- und Rakelformern einen Stoffauflaufkasten 30, der mit Flügel 36 ausgerüstet ist. Höhergradig ausgerichtete Sorten sollten eher keinen Standardstoffauflaufkasten haben, da bei ihnen ein geringeres Verschmutzungspotenzial und keine Flügelwartung oder Flügelbeschädigungsrisiken vorhanden sind.
Es sollte außerdem beachtet werden, dass das Anwenden der Stoffauflaufkastenstrahlturbulenzhöhe zum Steuern der Ausrichtungshöhe lediglich bei Spaltformern funktioniert, die mit einer Bahnbildungswalze 11, 21 als das erste Ablaufelement ausgerüstet sind. Die Ablaufrate muss sehr hoch sein, um die Turbulenz in der Nähe der Oberflächenlagen vor dem Abebben der Turbulenz abzufangen. Bei Spaltformern der Rakelart werden die Auswirkungen des Änderns der Stoffauflaufkastenstrahlturbulenzhöhe aufgrund ihrer geringeren Ablaufrate sehr geringfügig sein.
Der Haupteinfluss auf die Ausrichtungsgröße und Bahnbildung ist das Strahl-Sieb-Verhältnis. Bei dieser Erfindung wurde erkannt, dass das Dimensionieren des Umschlingungswinkels a und das Abwandeln der Turbulenz bei dem Stoffauflaufkasten 30 zum Ändern der Ausrechtungsabhängigkeit von dem Strahl-Sieb-Verhältnis verwendet werden kann. Dies ist ein Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung. 14 zeigt einen Vergleich der Abhängigkeit der Ausrichtung und der Bahnbildung von dem Strahl-Sieb-Verhältnis für einen Walzen- und Rakelformer, der einen Normrakelschuh 22 und eine belastbare MB-Rakeleinheit 50 verwendet. Bei dem Normrakelschuh 22 gibt es zwei optimale Bereiche für die Bahnbildung, die jeweils ein hochgradig ausgerichtetes Blatt ergeben. Das optimale Strahl-Sieb-Verhältnis bei einem Stauen ist üblicherweise in einem Bereich von 1,06 bis 1,08 oder bei einem Zug bei 0,96 bis 0,98. Das exakte Bahnbildungsoptimum unterscheidet sich für unterschiedliche Zellstoffe und Laufbedingungen und muss experimentell für jeden Fall herausgefunden werden. Bei herkömmlich angewendeter geringer Stoffauflaufkastendüsenkontraktion ergibt sich bei einem Rakelschuh 22 die schlechteste Bahnbildung an der Stelle der minimalen Ausrichtung. Das Anwenden einer belastbaren MB-Rakeleinheit 50 bewirkt, dass die Bahnbildung viel weniger von dem Strahl-Sieb-Verhältnis abhängig ist als in dem Fall des Rakelschuhs 22. Dies ist sehr logisch, wenn berücksichtigt wird, dass die belastbare MB-Rakeleinheit 50 eine bessere Optimierung der Pulsationsgröße als der Rakelschuh 22 ermöglichen kann und somit weniger von dem Scheren abhängig ist, um eine gute Bahnbildung zu erzeugen.
In der Praxis wurde herausgefunden, dass die Unterschiede bei der Bahnbildung bei einer hohen Ausrichtung (beispielsweise bei einem Strahl-Sieb-Verhältnis 1,06 wie in 14) zwischen einer belastbaren MB-Rakeleinheit 50 und einem Normrakelschuh 22 ziemlich gering sind. Jedoch sind die Verbesserungen bei der Bahnbildung der belastbaren MB-Rakeleinheit 50 gegenüber dem Normrakelschuh 22 bei einer geringen Ausrichtung sehr erheblich (beispielsweise bei einem Strahl-Sieb-Verhältnis 1,02 wie in 14). Die Unterschiede in der Bahnbildungsverteilung in der Richtung Z zwischen diesen beiden Fällen sind in den 15A und 15B gezeigt. Die Bahnbildungsverteilung in der Richtung Z ist durch ein Verfahren zur Lagenaufsplittung und Bildanalyse gemessen worden. Bei einer hohen Ausrichtung gibt es keinen bedeutsamen Unterschied bei der Bahnbildungsverteilung in der Richtung Z zwischen diesen beiden Rakeleinheiten, jedoch bei einer geringen Ausrichtung liefert die belastbare MB-Rakeleinheit 50 viel bessere Ergebnisse insbesondere bei den Mittellagen des Blattes. Erfahrungswerte in Bezug auf das Einstellen haben außerdem aufgezeigt, dass bei einer hohen Ausrichtung die Bahnbildungsergebnisse einer belastbaren MB-Rakeleinheit 50 gegenüber der Belastungseinheit nicht sehr empfindlich sind, jedoch bei einem Betreiben bei geringer Ausrichtung die belastbare MB-Rakeleinheit 50 fein eingestellt werden muss, um das beste Ergebnis zu liefern. Ein Faktor bei dieser Feineinstellung ist die durch die belastbare MB-Rakeleinheit 50 entfernte Wasserströmung, wie dies in 16B gezeigt ist. Wenn eine unzureichende Wasserströmung vorhanden ist, kann die belastbare MB-Rakeleinheit 50 nicht angemessen eingestellt werden Wiederum bedeutet dies ein Umschlingungswinkel a um ungefähr 25° (siehe 16A).

Claims

Verfahren zum Steuern der Anisotropie einer bei einem Walzen- und Rakelspaltformer ausgebildeten Bahn, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erzeugen einer Turbulenz bei einem Ganzstoffsuspensionsstrahl (J) in einem Auslaufdüsenkanal (35) eines Stoffauflaufkastens (30) mittels Turbulenzerzeugungsflügeln (36), die in dem Auslaufdüsenkanal (35) angeordnet sind, Ausstoßen des Ganzstoffsuspensionsstrahls (J) aus einer Auslaufdüsenöffnung (37) des Auslaufdüsenkanals (35) des Stoffauflaufkastens (30) und Richten des Ganzstoffsuspensionsstrahls (J) in einen Bahnbildungsspalt (G), der teilweise durch eine erste Bahnbildungswalze (11, 21) definiert ist, die einen Durchmesser (D₁) hat, der größer oder gleich ungefähr 1,4 m ist, wobei der Ganzstoffsuspensionsstrahl (J) zu einer Konvergenz aus einem ersten und einem zweiten Sieb (10, 20) gerichtet wird, die eine Zwillingssiebzone nach dem Bahnbildungsspalt (G) definieren, wobei die erste Bahnbildungswalze (11, 21) in einer Schleife von entweder dem ersten oder dem zweiten Sieb (10, 20) angeordnet ist, Richten eines Laufes der Zwillingssiebzone nach dem Bahnbildungsspalt (G) in einer Kurve über einen Umschlingungswinkelsektor (a) der ersten Bahnbildungswalze (11, 21) mit einer Größe, die geringer als ungefähr 25° ist, Erzeugen eines Pulsationsdruckeffektes auf die Bahn (W) nach dem gekrümmten Lauf der Zwillingssiebzone über den Umschlingungswinkel (a) der Bahnbildungswalze (11, 21) und Einstellen des Durchmessers (D₁) der Bahnbildungswalze (11, 21), des Umschlingungswinkelsektors (a) der ersten Bahnbildungswalze (11, 21), einer Größe des Pulsationsdruckeffektes und eines Turbulenzbetrages bei dem Ganzstoffsuspensionsstrahl (J) relativ zueinander, um eine optimale Anisotropie in der Bahn vorzusehen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Druckpulsationseffektes die folgenden Schritte aufweist: Anordnen eines ersten Bahnbildungselements (13b, 23a) mit ortsfesten Bahnbildungsrakeln (13L) in einer der Siebschleifen (10, 20), Anordnen eines zweiten Bahnbildungselementes (13a, 23b) mit belastbaren Bahnbildungsrakeln (23L) in der anderen Siebschleife (10, 20) derart, dass sich die Rakeln (23L) bei dem zweiten Bahnbildungselement (13a, 23b) mit den Rakeln (13L) bei dem ersten Bahnbildungselement (13b, 23a) in der Laufrichtung der Bahn abwechseln, und Einstellen eines auf die Rakeln (23L) bei dem zweiten Bahnbildungselement (13a, 23b) aufgebrachten Druckimpulses, um die Belastung der Rakeln (23L) bei dem zweiten Bahnbildungselement (13a, 23b) zu ändern, um einen einstellbaren Ablauf- und Bahnbildungseffekt vorzusehen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses des Weiteren den folgenden Schritt aufweist: Aufbringen eines Unterdrucks durch zwischen den Rakeln (13L, 23L) bei zumindest entweder dem ersten oder dem zweiten Bahnbildungselement (13a, 13b, 23a, 23b) definierte Spalträume, um das Ablaufen des Wassers durch die Spalträume zu intensivieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ganzstoffsuspensionsstrahl (J) aus der Auslaufdüsenöffnung (37) des Auslaufdüsenkanals (35) des Stoffauflaufkastens (30) bei einer ersten Geschwindigkeit ausgestoßen wird, wobei das erste und das zweite Sieb (10, 20) so geführt werden, dass sie mit einer zweiten Geschwindigkeit laufen, wobei die erste Geschwindigkeit des Ganzstoffsuspensionsstrahls (J) relativ zu der zweiten Geschwindigkeit des ersten und des zweiten Siebes (10, 20) gesteuert wird, um dadurch ein Strahl-Sieb-Verhältnis zu definieren, dass das Verhältnis der zweiten Geschwindigkeit zu der ersten Geschwindigkeit bildet, wobei das Strahl-Sieb-Verhältnis relativ zu dem Durchmesser (D₁) der ersten Bahnbildungswalze (11, 21), den Umschlingungswinkelsektor (a) der ersten Bahnbildunswalze (11, 21), der Größe des Pulsationsdruckeffektes und des Turbulenzbetrages bei dem Ganzstoffsuspensionsstrahl (J) eingestellt wird, um eine optimale Anisotropie in der Bahn vorzusehen.